1、TCR+FC 型 SVC 原理及應(yīng)用1 引言隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代化技術(shù)的進(jìn)步，電力網(wǎng)負(fù)荷急劇增大，對(duì)電網(wǎng)感性無功要求也與日懼增。特別是如可 逆式大型軋鋼機(jī)、煉鋼電弧爐等沖擊負(fù)荷、非線性負(fù)荷容量的不斷增加，加上普遍應(yīng)用的電力電子和微電技術(shù)， 使得電力網(wǎng)發(fā)生電壓波形畸變，電壓波動(dòng)閃變和三相不平衡等，產(chǎn)生電能質(zhì)量降低，電網(wǎng)功率因數(shù)降低，網(wǎng)絡(luò)損 耗增加等不良影響。近年發(fā)展起來的靜止型無功補(bǔ)償裝置 （static var compensator ，下簡(jiǎn)稱 svc） 是一種快速調(diào)節(jié) 無功功率的裝置，已成功的應(yīng)于冶金、采礦和電氣化鐵路等沖擊性負(fù)荷的補(bǔ)償上。而晶閘管控制電抗器型 （稱 tcr 型 ）svc

2、 用晶閘管控制線性電抗器實(shí)現(xiàn)較快、連續(xù)的無功功率調(diào)節(jié)，由于它具有反應(yīng)時(shí)間快 （520ms） ，運(yùn)行可靠， 無級(jí)補(bǔ)償、分相調(diào)節(jié)，能平衡有功，適用范圍廣和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。 tcr 裝置還能實(shí)現(xiàn)分相控制，有較好的抑制 不對(duì)稱負(fù)荷的能力，因而其應(yīng)用最廣。尤其是在冶金行業(yè)中，使用例子也最多。2 tcr+fc 型 svc 系統(tǒng)的組成及控制原理2.1 系統(tǒng)組成tcr+fc 型 svc 系統(tǒng)的組成如圖 1 所示，一般由 tcr 、濾波器 （fc） 及控制系統(tǒng)組成。通過控制與電抗器串聯(lián)的兩個(gè)反 并聯(lián)晶閘的導(dǎo)通角， 既可以向系統(tǒng)輸送感性無功電流， 又可以向系統(tǒng)輸送容性無功電流。 該補(bǔ)償器響應(yīng)時(shí)間快 （小于半周波

3、），靈活性大，而且可以連續(xù)調(diào)節(jié)無功輸出，缺點(diǎn)是產(chǎn)生諧波，但加上濾波裝置則可以克服。圖 1 tcr+fc 型 svc 系統(tǒng)的組成2.2 可調(diào)控電抗器相 (tcr) 產(chǎn)生連續(xù)變化感性無功的基本原理如圖2(a)所示，u為交流電壓。th1、th2為兩個(gè)反并聯(lián)晶閘管，控制這兩個(gè)晶閘管在一定范圍內(nèi)導(dǎo)通，則可控制電抗器流過的電流i，i和u的基本波形如圖2(b)所示。圖2可調(diào)控電抗器相(tcr)產(chǎn)生連續(xù)變化感性無功的基本原理a為th1和th2的觸發(fā)角，則有i=(cos -cos 3 t) i 的基波電流有效值為i=(2 n2 a +sin2 a)式中 :v 為相電壓有效值 ;3 1為電抗器的基波電抗（3 ）因

4、此，可以通過控制電抗器I上串聯(lián)的兩只反并聯(lián)晶閘管的觸發(fā)角a來控制電抗器吸收的無功功率的值。2.3 恒無功控制、保證功率因數(shù)及電壓波動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成如圖3所示。svc連接到系統(tǒng)中，電容器提供固定容性無功功率qc,通過具有完好線性特征的補(bǔ)償電抗器的電流決定了從補(bǔ)償電抗器輸出的感性無功值qtcr，感性無功與容性無功相抵消，只要qn（系統(tǒng)）=qv（負(fù)載）-qc+qtcr=恒定值（或0），功率因數(shù)就能保持恒定，電壓幾乎不波動(dòng)。圖3 控制系統(tǒng)的基本組成 最重要的是精確控制晶閘管觸發(fā),獲得所需的電抗器的電流。根據(jù)采集的進(jìn)線電流及母線電壓經(jīng)乘法器后得出要 補(bǔ)償?shù)臒o功功率,計(jì)算機(jī)發(fā)出觸發(fā)脈沖,光纖傳輸?shù)矫}沖

5、放大單元,經(jīng)放大后觸發(fā)晶閘管,得到所補(bǔ)償?shù)臒o功功 率。2.4 無源濾波器 （fc）無源濾波器（filter compensatior，簡(jiǎn)稱fc），是現(xiàn)階段最常見、最實(shí)用、也是有效的抑制高次諧波的措施。由電容器、電抗器,有時(shí)還包括電阻等無源元件組成。其基本原理是利用電路諧振的特點(diǎn),對(duì)某次諧波或以上諧波形成 低阻抗通路， 以達(dá)到抑制高次諧波和無功補(bǔ)償?shù)淖饔谩?分為單調(diào)諧波濾波器， 雙調(diào)諧波濾波器和高通濾波器 (減幅濾波器 )等幾種。高通濾波器(減幅濾波器)又可分為一階、二階、三階和c型。如圖4所示:無源濾波器(fc)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題：圖 4 高通濾波器(1) 濾波器發(fā)出的無功應(yīng)滿足補(bǔ)償功率因數(shù)

6、，抑制電壓波動(dòng)及閃變的要求;(2) 選取的濾波電容器的額定電壓應(yīng)保證濾波器的安全可靠運(yùn)行 ;(3) 濾波器的分組應(yīng)滿足濾除諧波電流的要求 ;(4) 濾波器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行充分的計(jì)算機(jī)仿真及數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)選，經(jīng)多個(gè)方案比較，選擇最佳方案;(5) 對(duì)選定的濾波器應(yīng)進(jìn)行濾波器各種運(yùn)行方式下的計(jì)算機(jī)仿真，避免與系統(tǒng)發(fā)生諧振;(6) 對(duì)濾波器的安全運(yùn)行應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)校驗(yàn)。3 tcr+fc 型 svc 的應(yīng)用舉例2005 年由遼寧榮信電力電子股份有限公司為安陽(yáng)鋼廠新上了一套tcr 和 fc 補(bǔ)償容量分別 18mvar 和 17mvar 的 tcr+fc型svc。該工程負(fù)荷主要為兩臺(tái)粗軋機(jī)(2 >4200kw同步電

7、機(jī))。經(jīng)過晶閘管變流調(diào)速裝置進(jìn)行調(diào)速，過載倍數(shù)為 2 倍。這些設(shè)備掛接在 6kv 母線上，系統(tǒng)最小短路容量為 238mva 。上輥定子整流變壓器容量為 3000kva ， 連接組別為 d/d0 3 臺(tái)，下輥定子整流變壓器容量為 3000kva ，連接組別為 d/y11 3 臺(tái)。由于整流變壓器采用了 d，y接法，故可以消除3的整數(shù)倍次的高次諧波，從而使注入電網(wǎng)的諧波電流只有5、7、11等諧波。經(jīng)計(jì)算粗軋機(jī)最大無功沖擊為 15120kvar ， 6kv 母線最小短路容量為 238mva 。電壓波動(dòng)國(guó)標(biāo)允許值為 2% 。所以允許無功 波動(dòng)為 : q=sdminx u%=238< 2%=4.76

8、mva補(bǔ)償容量為 :qmax- q=15.12-4.76=10.36mvar。為留有余量，取 11mvar 。總計(jì)算負(fù)荷為 19407kva ，平均功率因數(shù)從 0.75 提高到 0.95 所需要補(bǔ)償?shù)臒o功為 6.45mvar 。總上所述，按電壓 波動(dòng)選擇容量， tcr 及 fc 的容量均為 11mvar 。經(jīng)仿真計(jì)算，濾波器總?cè)萘?:15mvar ，基波補(bǔ)償容量為 11mvar ， 分為h3、h5、h7三個(gè)通道。h3次濾波器安裝容量為 4.2mvar,補(bǔ)償容量為3.21mvar;h5次濾波器安裝容量為 6m var, 補(bǔ)償容量為 4.25mvar;h7 次濾波器安裝容量為 5.4mvar, 補(bǔ)償容量為 3.54mvar; 主接線系統(tǒng)圖如圖 5 所示。圖 5 主接線系統(tǒng)圖4 結(jié)束語(yǔ)目前， tcrfc 型 svc 已在冶金行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。 也取得了顯著的效果。 已經(jīng)形成了成熟的技術(shù)方案。 另外，svc還有晶閘管投切電容器（tsc）型、飽和電抗器型（sr型）、晶閘管控制高阻抗變壓器型（tct）等形式。對(duì)svc的發(fā)展svc 控制系統(tǒng)，使 svc 系研究主要集中在控制策略上，如模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)控制系統(tǒng)也被引入 統(tǒng)的性能更加提高。而且隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)